JP6496475B2 - Power conversion system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、全体として電力変換システムに関し、具体的には電気自動車等で用いられる電力変換システムに関する。 Embodiments of the present invention generally relate to a power conversion system, and more specifically to a power conversion system used in an electric vehicle or the like.
近年、環境汚染及び化石燃料の枯渇に対する対策に焦点を当てた多くの研究があった。具体的には、自動車産業は、主要なエネルギー源としてバッテリを使用する電気自動車(EV)の研究に努力を集中してきた。一般的に、EVシステムは、バッテリからのエネルギーを、電気自動車を駆動するための駆動用モータに転送するために使用される電力変換システムを必要とする。 In recent years, there has been a lot of research focusing on measures against environmental pollution and fossil fuel depletion. Specifically, the automotive industry has concentrated its efforts on research on electric vehicles (EVs) that use batteries as their primary energy source. Generally, EV systems require a power conversion system that is used to transfer energy from the battery to a drive motor for driving the electric vehicle.
例えば、図1は、電気自動車の従来の電力変換システム10を示す。電力変換システム10は、バッテリ11、駆動用モータ12、直流/直流変換器13、三相インバータ14、キャパシタC1を含む直流リンク15、フィルタユニット16、及び制御ユニット17を含んでよい。直流/直流変換器13は、バッテリ11の直流電圧を昇圧するために使用され、フィルタユニット16を介してバッテリ11に電気的に結合される。インバータ14は、変換器13からの昇圧された直流電圧を、直流リンク15を介して三相交流電圧に変換するために使用される。駆動用モータ12は、電気自動車を駆動するために、インバータ14からの変換された三相交流電圧を受ける。制御ユニット17は、直流電圧を三相交流電圧に適宜に変換するために、変換器13及びインバータ14にパルス幅変調(PWM)コマンドを供給するために使用される。 For example, FIG. 1 shows a conventional power conversion system 10 for an electric vehicle. The power conversion system 10 may include a battery 11, a drive motor 12, a DC / DC converter 13, a three-phase inverter 14, a DC link 15 including a capacitor C1, a filter unit 16, and a control unit 17. The DC / DC converter 13 is used for boosting the DC voltage of the battery 11 and is electrically coupled to the battery 11 via the filter unit 16. The inverter 14 is used to convert the boosted DC voltage from the converter 13 into a three-phase AC voltage via the DC link 15. The drive motor 12 receives the converted three-phase AC voltage from the inverter 14 to drive the electric vehicle. The control unit 17 is used to supply a pulse width modulation (PWM) command to the converter 13 and the inverter 14 in order to appropriately convert the DC voltage into a three-phase AC voltage.
電圧変換を実現するために、変換器13及びインバータ14は、各々、制御ユニット17のPWMコマンドによって制御される12のスイッチ素子S1〜S12のような、複数のスイッチ素子を含んでよい。従来の電力変換システム10では、これらのスイッチ素子S1〜S12は、シリコン絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のようなトランジスタを含んでよい。しかしながら、従来のシリコンIGBT S1〜S12は、エネルギー伝達過程中に多くのエネルギーを消費する可能性があり、これは効率を低下させる。他方では、多くの熱を発生するシリコンIGBT S1〜S12のため、ヒートシンク(図示せず)をシリコンIGBT S1〜S12上に配置する必要がある。これは、追加の空間を必要とし、電気自動車の重量を増加させ、これは、今度はその電力密度及び性能を低下させる。 In order to implement voltage conversion, the converter 13 and the inverter 14 may each include a plurality of switch elements such as 12 switch elements S1 to S12 controlled by the PWM command of the control unit 17. In the conventional power conversion system 10, these switch elements S1-S12 may include transistors such as silicon insulated gate bipolar transistors (IGBTs). However, the conventional silicon IGBTs S1-S12 can consume a lot of energy during the energy transfer process, which reduces efficiency. On the other hand, because of the silicon IGBTs S1 to S12 that generate a lot of heat, it is necessary to arrange a heat sink (not shown) on the silicon IGBTs S1 to S12. This requires additional space and increases the weight of the electric vehicle, which in turn reduces its power density and performance.
さらに、電圧の複数の相を達成するために、フィルタユニット16は、3つの交互配置されたインダクタL1、L2及びL3のような複数のインダクタを含んでよい。しかしながら、これらのインダクタL1、L2及びL3は、同様に、電気自動車の追加の空間を必要とする可能性がある。 Furthermore, to achieve multiple phases of voltage, the filter unit 16 may include multiple inductors such as three interleaved inductors L1, L2, and L3. However, these inductors L1, L2 and L3 may require additional space in the electric vehicle as well.
加えて、これらのスイッチ素子S1〜S12を制御するために、制御ユニット17は、適切なPWMコマンドを提供すべきである。例えば、図2は、直流/直流変換器13を制御するための制御ユニット17の制御概略図を示す。制御ユニット17は、差分素子171及びPWMコマンド生成ブロック172を含んでよい。差分素子171は、キャパシタC1上の帰還直流電圧信号VDC#Fbk及び予め決められた直流電圧コマンド信号VDC#cmd間の差から計算される直流電圧誤差信号VDC#Errを得るために使用される。PWMコマンド生成ブロック172は、直流電圧誤差信号VDC#Errにしたがって適切なPWMコマンド(PWM_cmd)を生成するために使用される。帰還直流電圧信号VDC#Fbkは、キャパシタC1上の実際の測定電圧を表し、予め決められた直流電圧コマンド信号VDC#cmdは、予め決められた直流電圧を表す。 In addition, in order to control these switch elements S1-S12, the control unit 17 should provide appropriate PWM commands. For example, FIG. 2 shows a control schematic diagram of the control unit 17 for controlling the DC / DC converter 13. The control unit 17 may include a difference element 171 and a PWM command generation block 172. The difference element 171 is used to obtain a DC voltage error signal V DC # Err calculated from the difference between the feedback DC voltage signal V DC # Fbk on the capacitor C1 and a predetermined DC voltage command signal V DC # cmd. Is done. The PWM command generation block 172 is used to generate an appropriate PWM command (PWM_cmd) according to the DC voltage error signal V DC # Err . The feedback DC voltage signal V DC # Fbk represents the actual measured voltage on the capacitor C1, and the predetermined DC voltage command signal V DC # cmd represents the predetermined DC voltage.
PWMコマンド生成ブロック172は、PWMコマンド(PWM_cmd)を計算するために、比例積分レギュレータ、リミッタ、差分素子、比較器等のような、いくつかの計算素子を含んでよいことを理解されたい。従来の制御ユニット17では、予め決められた直流電圧コマンド信号VDC#cmdは一定の電圧値である(図2参照)。しかしながら、予め決められた直流電圧コマンド信号VDC#cmdは一定の電圧値であり、直流/直流変換器13は、インバータ14が交流電力を出力する間に直流電力を出力するため、キャパシタC1は、脈動電力を処理するために、十分な静電容量を有するべきである。 It should be understood that the PWM command generation block 172 may include a number of calculation elements, such as proportional-integral regulators, limiters, difference elements, comparators, etc., to calculate the PWM command (PWM_cmd). In the conventional control unit 17, the predetermined DC voltage command signal V DC # cmd has a constant voltage value (see FIG. 2). However, the predetermined DC voltage command signal V DC # cmd has a constant voltage value, and the DC / DC converter 13 outputs DC power while the inverter 14 outputs AC power. Should have enough capacitance to handle the pulsating power.
これら及び他の理由のため、本発明の実施形態の必要性が存在する。 For these and other reasons, there is a need for embodiments of the present invention.
本明細書に開示される一実施形態によれば、電力変換システムが提供される。電力変換システムは、フィルタユニットと、直流/直流変換器と、直流リンクと、インバータと、制御ユニットと、駆動用モータとを含む。直流/直流変換器は、直流電源の直流電圧を昇圧するために使用され、フィルタユニットを介して直流電源に電気的に結合される。直流/直流変換器は、チャネル逆導通制御により同期整流モードで構成された複数のSiC MOSFETを含む。インバータは、変換器からの昇圧された直流電圧を、直流リンクを介して多相交流電圧に変換するために使用される。制御ユニットは、直流電圧を、交流駆動型装置を駆動するように構成された交流電圧に変換するために、PWMコマンドを変換器及びインバータに供給するために使用される。 According to one embodiment disclosed herein, a power conversion system is provided. The power conversion system includes a filter unit, a DC / DC converter, a DC link, an inverter, a control unit, and a drive motor. The DC / DC converter is used for boosting the DC voltage of the DC power supply and is electrically coupled to the DC power supply through the filter unit. The DC / DC converter includes a plurality of SiC MOSFETs configured in a synchronous rectification mode by channel reverse conduction control. The inverter is used to convert the boosted DC voltage from the converter into a multiphase AC voltage via a DC link. The control unit is used to supply PWM commands to the converter and the inverter to convert the DC voltage into an AC voltage configured to drive an AC driven device.
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明が、同じ符号が図面を通じて同じ部分を示す添付図面を参照して読まれるときに、より良く理解されるであろう。 These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like numerals represent like parts throughout the drawings, wherein: .
本発明の実施形態は電力変換システムに関する。電力変換システムは、フィルタユニットと、直流/直流変換器と、直流リンクと、インバータと、制御ユニットと、駆動用モータとを含む。直流/直流変換器は、直流電源の直流電圧を昇圧するために使用され、フィルタユニットを介して直流電源に電気的に結合される。直流/直流変換器は、チャネル逆導通制御により同期整流モードで構成された複数のSiC MOSFETを含む。インバータは、変換器からの昇圧された直流電圧を、直流リンクを介して多相交流電圧に変換するために使用される。制御ユニットは、直流電圧を、交流駆動型装置を駆動するように構成された交流電圧に変換するために、PWMコマンドを変換器及びインバータに供給するために使用される。 Embodiments described herein relate generally to a power conversion system. The power conversion system includes a filter unit, a DC / DC converter, a DC link, an inverter, a control unit, and a drive motor. The DC / DC converter is used for boosting the DC voltage of the DC power supply and is electrically coupled to the DC power supply through the filter unit. The DC / DC converter includes a plurality of SiC MOSFETs configured in a synchronous rectification mode by channel reverse conduction control. The inverter is used to convert the boosted DC voltage from the converter into a multiphase AC voltage via a DC link. The control unit is used to supply PWM commands to the converter and the inverter to convert the DC voltage into an AC voltage configured to drive an AC driven device.
別途定義しない限り、本明細書で使用される技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語「第1の」、「第2の」等は、どのような順序、数量、又は重要度を示すものでもなく、ある要素を他の要素と区別するために使用される。また、用語「1つの」は、数量の限定を示さず、少なくとも1つの当該項目の存在を示し、「前面」、「背面」、「底部」、及び/又は「上部」のような用語は、特に断らない限り、単に説明の便宜上使用され、どのような1つの位置又は空間的方向にも限定されない。さらに、用語「結合され」及び「接続され」は、2つの構成要素間の直接的又は間接的な結合/接続間を区別することを意図するものではない。むしろ、そのような構成要素は、特に明記しない限り、直接的又は間接的に結合/接続されてよい。 Unless defined otherwise, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. As used herein, the terms “first”, “second”, etc. do not indicate any order, quantity, or importance, but are used to distinguish one element from another. Is done. Also, the term “one” does not indicate a quantity limitation and indicates the presence of at least one such item, and terms such as “front”, “back”, “bottom”, and / or “top” Unless stated otherwise, it is used merely for convenience of explanation and is not limited to any one location or spatial orientation. Furthermore, the terms “coupled” and “connected” are not intended to distinguish between direct or indirect coupling / connection between two components. Rather, such components may be coupled / connected directly or indirectly unless otherwise specified.
図3を参照すると、一実施形態による電気自動車の電力変換システム20が示されている。この図示した実施形態では、電力変換システム20は、直流電源21と、交流駆動型装置22と、三相直流/直流変換器23と、三相インバータ24と、キャパシタC1を含む直流リンク25と、フィルタユニット26と、制御ユニット27とを含む。フィルタユニット26は、交互配置されて接続された3つのインダクタL1、L2及びL3を含む。直流/直流変換器23は、直流電源21の直流電圧を昇圧するために使用され、フィルタユニット26を介して直流電源21に電気的に結合される。一実施形態では、直流電源21はバッテリを表す。インバータ24は、変換器23からの昇圧された直流電圧を、直流リンク25を介して三相交流電圧に変換するために使用される。交流駆動型装置22は、インバータ24から変換された三相交流電圧を受ける。一実施形態では、交流駆動型装置22は、電気自動車を駆動するためにインバータ24から変換された三相交流電圧を受ける駆動用モータである。制御ユニット27は、直流電圧を三相交流電圧に適宜に変換するために、変換器23及びインバータ24にPWMコマンドを供給するために使用される。他の実施形態では、インバータ24及び変換器23の相数は、必要ならば変化してよい。電力変換システム20は、本明細書では、電気自動車で使用されるものとして説明されているが、電力変換システム20を、交流電力によって駆動される必要がある他の装置に用いることもできる。さらに、電力変換システム20の図示の実施形態は、完全性のために直流電源21及び交流駆動型装置22を含むが、電力変換システム20は、これらの要素を含むことを要求される必要はない。 Referring to FIG. 3, an electric vehicle power conversion system 20 according to an embodiment is shown. In the illustrated embodiment, the power conversion system 20 includes a DC power source 21, an AC drive type device 22, a three-phase DC / DC converter 23, a three-phase inverter 24, a DC link 25 including a capacitor C1, A filter unit 26 and a control unit 27 are included. The filter unit 26 includes three inductors L1, L2 and L3 connected in an interleaved manner. The DC / DC converter 23 is used to boost the DC voltage of the DC power supply 21 and is electrically coupled to the DC power supply 21 via the filter unit 26. In one embodiment, the DC power source 21 represents a battery. The inverter 24 is used to convert the boosted DC voltage from the converter 23 into a three-phase AC voltage via the DC link 25. The AC drive type device 22 receives the three-phase AC voltage converted from the inverter 24. In one embodiment, AC drive type device 22 is a drive motor that receives a three-phase AC voltage converted from inverter 24 to drive an electric vehicle. The control unit 27 is used to supply a PWM command to the converter 23 and the inverter 24 in order to appropriately convert the DC voltage into a three-phase AC voltage. In other embodiments, the number of phases of inverter 24 and converter 23 may vary if desired. Although the power conversion system 20 is described herein as being used in an electric vehicle, the power conversion system 20 can also be used in other devices that need to be driven by AC power. Further, although the illustrated embodiment of the power conversion system 20 includes a DC power supply 21 and an AC driven device 22 for completeness, the power conversion system 20 need not be required to include these elements. .
電圧変換を実現するために、変換器23及びインバータ24は、各々、制御ユニット27のPWMコマンドによって制御される12のスイッチ素子S1’〜S12’のような、複数のスイッチ素子を含む。電力変換システム20では、これらのスイッチ素子S1’〜S12’は、炭化ケイ素(SiC)金属酸化膜電界効果トランジスタ(MOSFET)のようなトランジスタを含む。SiC MOSFET S1’〜S12’は、チャネル逆導通制御による同期整流(SR)モードを有するため、これらは、損失が少ないチャネルに沿って、SiC MOSFET S1’〜S12’を介して電流を操作することができる。すなわち、SiC MOSFET S1’〜S12’のゲート端子への正のゲート駆動信号によって、SiC MOSFET S1’〜S12’の各々を、ソース端子からドレイン端子への逆にされたチャネル伝導にすることができ、これは、損失が少ないチャネルを通る電流経路を作ることができる。したがって、図1の従来の電力変換システム10と比較すると、SiC MOSFET S1’〜S12’は、エネルギー伝達過程中により少ないエネルギーを消費することになる。したがって、従来のIGBT S1〜S12の代わりにSiC MOSFET S1’〜S12’を使用することによって、電力変換システム20のエネルギー伝達効率は増大する。 In order to implement the voltage conversion, the converter 23 and the inverter 24 each include a plurality of switch elements, such as 12 switch elements S1 'to S12' controlled by the PWM command of the control unit 27. In the power conversion system 20, these switch elements S1'-S12 'include transistors such as silicon carbide (SiC) metal oxide field effect transistors (MOSFETs). Since the SiC MOSFETs S1 ′ to S12 ′ have a synchronous rectification (SR) mode with channel reverse conduction control, they operate current through the SiC MOSFETs S1 ′ to S12 ′ along the channel with low loss. Can do. That is, each of the SiC MOSFETs S1 ′ to S12 ′ can be made to have inverted channel conduction from the source terminal to the drain terminal by a positive gate drive signal to the gate terminals of the SiC MOSFETs S1 ′ to S12 ′. This can create a current path through the low loss channel. Therefore, compared to the conventional power conversion system 10 of FIG. 1, the SiC MOSFETs S1'-S12 'consume less energy during the energy transfer process. Therefore, the energy transfer efficiency of the power conversion system 20 is increased by using the SiC MOSFETs S1 'to S12' instead of the conventional IGBTs S1 to S12.
さらに、SiC MOSFET S1’〜S12’はより少ないエネルギーを消費するため、SiC MOSFET S1’〜S12’によって発生される熱は、従来のIGBT S1〜S12によって発生される熱より少ない。したがって、SiC MOSFET S1’〜S12’上に配置されるヒートシンク(図示せず)の数又は体積は、図1のIGBT S1〜S12上に配置されるヒートシンクの数又は体積より小さい。 Furthermore, because the SiC MOSFETs S1 'to S12' consume less energy, the heat generated by the SiC MOSFETs S1 'to S12' is less than the heat generated by the conventional IGBTs S1 to S12. Therefore, the number or volume of heat sinks (not shown) arranged on the SiC MOSFETs S1 'to S12' is smaller than the number or volume of heat sinks arranged on the IGBTs S1 to S12 of FIG.
図4を参照すると、他の実施形態による電気自動車の電力変換システム20が示されている。図3の実施形態と比較すると、図4のこの実施形態は、3つの個別のインダクタL1、L2及びL3を、3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcに置き換える。個別のインダクタL1、L2及びL3は、各々、個々の磁気コア、及び磁気コアに巻かれたコイル(図示せず)を含み、したがって、個別のインダクタL1、L2及びL3の磁気コアの総数は3である。しかしながら、3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcは、共通の磁気コアを一緒に共有し、これは、回路内の物理的空間を節約することができる。さらに、コモンモード循環電流は、3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcの結合係数によって抑制され、磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcは、3つの個別のインダクタL1、L2及びL3と比較して、内部のループ循環電流を抑制することができ、これは損失をさらに減少させることができる。以下の段落では、3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcの2つの詳細な実施形態を説明する。 Referring to FIG. 4, an electric vehicle power conversion system 20 according to another embodiment is shown. Compared with the embodiment of FIG. 3, this embodiment of FIG. 4 replaces three individual inductors L1, L2 and L3 with three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc. The individual inductors L1, L2, and L3 each include an individual magnetic core and a coil (not shown) wound around the magnetic core, so the total number of magnetic cores of the individual inductors L1, L2, and L3 is three. It is. However, the three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc share a common magnetic core together, which can save physical space in the circuit. Furthermore, the common mode circulating current is suppressed by the coupling coefficient of the three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc, and the magnetically coupled inductors La, Lb and Lc are divided into three individual inductors L1, Compared to L2 and L3, the internal loop circulating current can be suppressed, which can further reduce the loss. In the following paragraphs, two detailed embodiments of three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc are described.
図5を参照すると、一実施形態による図4の電力変換システム20の3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcの概略図が示されている。この実施形態では、3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcは、共有磁気コア262、並びに、3つのコイル‘a’、‘b’及び‘c’を含む。共有磁気コア262は、電気的に互いに結合された3つの並列磁気柱2622、2624及び2626を含む。3つのコイル‘a’、‘b’及び‘c’は、それぞれ、3つの並列磁気柱2622、2624及び2626に巻回される。他の実施形態では、コイル及び磁気柱の数は、変換器23及びインバータ24の相数に基づいて変化してよい。 Referring to FIG. 5, a schematic diagram of three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc of the power conversion system 20 of FIG. 4 according to one embodiment is shown. In this embodiment, the three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc include a shared magnetic core 262 and three coils ‘a’, ‘b’ and ‘c’. Shared magnetic core 262 includes three parallel magnetic pillars 2622, 2624 and 2626 that are electrically coupled together. Three coils 'a', 'b' and 'c' are wound around three parallel magnetic columns 2622, 2624 and 2626, respectively. In other embodiments, the number of coils and magnetic columns may vary based on the number of phases of converter 23 and inverter 24.
図6を参照すると、他の実施形態による図4の電力変換システム20の3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcの概略図が示されている。この実施形態では、共有磁気コア264、並びに、3つのコイル‘a’、‘b’及び‘c’を含む。共有磁気コア264はリング状である。3つのコイル‘a’、‘b’及び‘c’は、それぞれ、均等にリング状磁気コア264の3つの異なる部分に巻回される。3つのコイル‘a’、‘b’及び‘c’の巻数比は1:1:1である。3つの磁気的に結合されたインダクタLa、Lb及びLcの2つの実施形態を示すが、共有磁気コアは、特許請求された発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、必要に応じて変化してよい。他の実施形態では、磁気的に結合されたインダクタの数を、出力電圧の相数に応じて変更することができる。例えば、5相出力電圧は、上述した同様の回路接続を使用することによって、5つの磁気的に結合されたインダクタを利用することができる。 Referring to FIG. 6, a schematic diagram of three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc of the power conversion system 20 of FIG. 4 according to another embodiment is shown. This embodiment includes a shared magnetic core 264 and three coils 'a', 'b' and 'c'. The shared magnetic core 264 has a ring shape. The three coils ‘a’, ‘b’, and ‘c’ are each equally wound around three different portions of the ring-shaped magnetic core 264. The turn ratio of the three coils ‘a’, ‘b’ and ‘c’ is 1: 1: 1. Although two embodiments of three magnetically coupled inductors La, Lb and Lc are shown, the shared magnetic core can be varied as required without departing from the spirit and scope of the claimed invention. Good. In other embodiments, the number of magnetically coupled inductors can be varied depending on the number of phases of the output voltage. For example, a five phase output voltage can utilize five magnetically coupled inductors by using similar circuit connections as described above.
図7を参照すると、一実施形態による直流/直流変換器23を制御するための、図3の電力変換システム20の制御ユニット27の制御概略図が示されている。少なくともいくつかの実施形態では、制御ユニット27は、差分素子271及びPWMコマンド生成ブロック272を含む。差分素子271は、キャパシタC1上の帰還直流電圧信号V’DC#Fbk及び予め決められた直流電圧コマンド信号V’DC#cmd間の差から計算される直流電圧誤差信号V’DC#Errを得るために使用される。PWMコマンド生成ブロック272は、直流電圧誤差信号V’DC#Errにしたがって適切なPWMコマンド(PWM_cmd)を生成するために使用される。帰還直流電圧信号V’DC#Fbkは、キャパシタC1上の実際の測定電圧を表し、予め決められた直流電圧コマンド信号V’DC#cmdは、予め決められた直流電圧を表す。 Referring to FIG. 7, a control schematic diagram of the control unit 27 of the power conversion system 20 of FIG. 3 for controlling the DC / DC converter 23 according to one embodiment is shown. In at least some embodiments, the control unit 27 includes a difference element 271 and a PWM command generation block 272. The difference element 271 obtains a DC voltage error signal V ′ DC # Err calculated from a difference between the feedback DC voltage signal V ′ DC # Fbk on the capacitor C1 and a predetermined DC voltage command signal V ′ DC # cmd. Used for. The PWM command generation block 272 is used to generate an appropriate PWM command (PWM_cmd) according to the DC voltage error signal V ′ DC # Err . The feedback DC voltage signal V ′ DC # Fbk represents the actual measured voltage on the capacitor C1, and the predetermined DC voltage command signal V ′ DC # cmd represents the predetermined DC voltage.
PWMコマンド生成ブロック272は、PWMコマンド(PWM_cmd)を計算するために、比例積分レギュレータ、リミッタ、差分素子、比較器等のような、いくつかの計算素子を含んでよいことを理解されたい。図2の従来の予め決められた直流電圧コマンド信号VDC#cmdと比較すると、予め決められた直流電圧コマンド信号V’DC#cmdは、能動的な脈動直流電圧信号(図7参照)であり、脈動直流電圧信号V’DC#cmdの周波数は、インバータ24によって変換すべき交流電圧信号の周波数と一致する。例えば、脈動直流電圧信号V’DC#cmdは正弦波であってよい。予め決められた直流電圧コマンド信号V’DC#cmdは、変換された交流電圧の同じ周波数による能動的な電圧脈動制御を提供するため、キャパシタC1は、従来の電力変換システム20で利用されるキャパシタC1と比較して、直流から交流へのより少ないエネルギー変換機能を引き受けることになる。これは、今度は、電力変換システム20のキャパシタC1の静電容量を減少させる。 It should be understood that the PWM command generation block 272 may include a number of computing elements, such as proportional-integral regulators, limiters, difference elements, comparators, etc., to calculate the PWM command (PWM_cmd). Compared with the conventional predetermined DC voltage command signal V DC # cmd of FIG. 2, the predetermined DC voltage command signal V ′ DC # cmd is an active pulsating DC voltage signal (see FIG. 7). The frequency of the pulsating DC voltage signal V ′ DC # cmd matches the frequency of the AC voltage signal to be converted by the inverter 24. For example, the pulsating DC voltage signal V ′ DC # cmd may be a sine wave. Since the predetermined DC voltage command signal V ′ DC # cmd provides active voltage pulsation control with the same frequency of the converted AC voltage, the capacitor C1 is a capacitor used in the conventional power conversion system 20. Compared to C1, it takes on less energy conversion function from DC to AC. This in turn reduces the capacitance of the capacitor C1 of the power conversion system 20.
本発明を、例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、等価物をその要素と置き換えることができることは、当業者によって理解されるであろう。加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況又は材料を適合させるように、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために予期される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことになる。 Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it should be understood that various changes can be made and equivalents can be substituted for the elements without departing from the scope of the invention. It will be understood by the vendor. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the invention, but the invention is intended to cover all claims within the scope of the appended claims. Embodiments will be included.
上述したすべてのこのような目的及び利点を任意の特定の実施形態によって達成することができるとは限らないことを理解すべきである。したがって、例えば、当業者は、本明細書に記載のシステム及び技術は、本明細書に教示又は示唆され得るような他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示されるような1つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する方法で実施又は実行されてよいことを理解するであろう。 It should be understood that not all such objects and advantages described above may be achieved by any particular embodiment. Thus, for example, those skilled in the art will appreciate that the systems and techniques described herein may be taught herein without necessarily achieving other objects or advantages as may be taught or suggested herein. It will be understood that this may be implemented or carried out in a manner that achieves or optimizes a single advantage or group of advantages.
10 電力変換システム
11 バッテリ
12 駆動用モータ
13 直流/直流変換器
14 三相インバータ
15 直流リンク
16 フィルタユニット
17 制御ユニット
20 電力変換システム
21 直流電源
22 交流駆動型装置
23 三相直流/直流変換器
24 三相インバータ
25 直流リンク
26 フィルタユニット
27 制御ユニット
171 差分素子
172 PWMコマンド生成ブロック
262 共有磁気コア
264 共有磁気コア
271 差分素子
272 PWMコマンド生成ブロック
2622 並列磁気柱
2624 並列磁気柱
2626 並列磁気柱
a〜c コイル
C1 キャパシタ
L1〜L3 インダクタ
La〜Lc インダクタ
S1〜S12 スイッチ素子
S1’〜S12’ スイッチ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power conversion system 11 Battery 12 Drive motor 13 DC / DC converter 14 Three-phase inverter 15 DC link 16 Filter unit 17 Control unit 20 Power conversion system 21 DC power supply 22 AC drive type device 23 Three-phase DC / DC converter 24 Three-phase inverter 25 DC link 26 Filter unit 27 Control unit 171 Difference element 172 PWM command generation block 262 Shared magnetic core 264 Shared magnetic core 271 Difference element 272 PWM command generation block 2622 Parallel magnetic column 2624 Parallel magnetic column 2626 Parallel magnetic column a to c Coil C1 Capacitor L1 to L3 Inductor La to Lc Inductor S1 to S12 Switch element S1 ′ to S12 ′ Switch element
Claims (13)
直流電源の直流電圧を昇圧するための多相直流/直流変換器であって、前記フィルタユニットを介して前記直流電源に電気的に結合され、チャネル逆導通制御によって同期整流モードで構成された複数の炭化ケイ素(SiC)金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を備え、前記複数のSiC MOSFETのゲート端子へ供給される正のゲート駆動信号が、前記複数のSiC MOSFETの各々を、ソース端子からドレイン端子への逆にされたチャネル伝導にする、多相直流/直流変換器と、
直流リンクと、
前記直流/直流変換器からの前記昇圧された直流電圧を、前記直流リンクを介して、交流駆動型装置を駆動する多相交流電圧に変換するためのインバータと、
パルス幅変調(PWM)コマンドを前記直流/直流変換器及び前記インバータに供給し、前記直流/直流変換器へのコマンド及び前記インバータへの前記PWMコマンドが、同じ周波数を有する、制御ユニットとを備える、電力変換システム。 A filter unit;
A multi-phase DC / DC converter for boosting a DC voltage of a DC power supply, wherein the plurality of DC / DC converters are electrically coupled to the DC power supply via the filter unit and configured in a synchronous rectification mode by channel reverse conduction control. A silicon carbide (SiC) metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and a positive gate drive signal supplied to the gate terminals of the plurality of SiC MOSFETs causes each of the plurality of SiC MOSFETs to A multi-phase DC / DC converter, with inverted channel conduction to the drain terminal;
DC link,
An inverter for converting the boosted DC voltage from the DC / DC converter into a multiphase AC voltage for driving an AC drive type device via the DC link;
A control unit that supplies a pulse width modulation (PWM) command to the DC / DC converter and the inverter, and the command to the DC / DC converter and the PWM command to the inverter have the same frequency. , Power conversion system.
前記直流リンク上の帰還直流電圧信号及び予め決められた直流電圧コマンド信号間の差から計算される直流電圧誤差信号を取得するための差分素子であって、前記予め決められた直流電圧コマンド信号は、能動的な脈動直流電圧信号を含み、前記脈動直流電圧信号の周波数は、前記インバータによって変換すべき前記交流電圧の周波数と一致する、差分素子と、
前記直流電圧誤差信号にしたがってPWMコマンドを生成するためのPWMコマンド生成ブロックとを備える、請求項1乃至8のいずれかに記載の電力変換システム。 The control unit is
A difference element for obtaining a DC voltage error signal calculated from a difference between a feedback DC voltage signal on the DC link and a predetermined DC voltage command signal, wherein the predetermined DC voltage command signal is A differential element comprising an active pulsating DC voltage signal, wherein the frequency of the pulsating DC voltage signal matches the frequency of the AC voltage to be converted by the inverter;
The power conversion system according to claim 1, further comprising: a PWM command generation block for generating a PWM command according to the DC voltage error signal.
The power conversion system according to any one of claims 1 to 12, wherein the DC power source includes a battery, and the AC drive type device includes a drive motor used in an electric vehicle.
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